基于智能控制的电网牵张设备远程控制系统

王世彦，向星雨，徐剑佩，高优梁，沈海军

(1.国网浙江省电力有限公司建设分公司，浙江 杭州 310000；2.浙江省送变电工程有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

随着网络技术的迅猛发展，网络规模持续增加，复杂程度也随之增加[1-2]。为了确保电网牵张设备的正常运行，需要借助大量的网络设备提供支撑。由于网络设备分别来自不同的厂家，软件的安装以及管理模式也存在明显的差异。现阶段，如何有效对电网牵张设备进行远程控制成为社会各界专家关注的热点话题。

国内相关专家给出了一些较好的研究成果，段慧等[3]通过新能源电网并网网络确定状态估计等效设备，将电力设备的灵敏度转换为电站灵敏度，同时结合系统需求，构建智能控制系统；陈宏胜等[4]在数据存储层使用双活技术，结合虚拟化技术构建电网调度控制系统。由于以上2种系统未能对电网牵张设备中的数据进行预处理，导致远程结果不理想以及响应时间增加。为此，结合智能控制数据，设计一种基于智能控制的电网牵张设备远程控制系统，实验结果表明，本文系统不仅能够有效提升数据预处理能力，获取满意的远程控制结果，同时还能够有效减少响应时间。

1 基于小波去噪的电网牵张设备数据预处理

小波理论具有比较好的时频特性[5-6]，在各个领域均得到了十分广泛的应用，尤其是在噪声消除方面[7-8]具有更大的优势。当小波基函数越来越逼近光滑性度量，则说明算法具有较好的收敛性能。

其中，分解层数的确定对信号的取舍产生一定程度的影响。层数越大，说明电网牵张设备中的噪声和信号差异越明显，更加有效促进信号的分离。另一方面，信号重构过程中分解层数越多，丢失的信号也就越大，对应的重构误差也会随之增加。

对于含有N个数据的信号而言，需要选择最大分解层数K，同时满足式(1)中的约束条件，即

K=log2N

(1)

在上述确定的电网牵张设备中噪声预处理约束条件基础上，采用小波变换算法实现电网牵张设备中噪声预处理，得到

(2)

Q(n)为降噪后的电网牵张设备噪声信号数据；a0为电网牵张设备噪声信号初始频带值；u为小波变化系数。

为了保留电网牵张设备中的细节系数，并且不需要选择有效的分解数据。在上述分析基础上，电网牵张设备中所包含噪声数据均需要满足正态分布。基于小波系数概率分布的分解层数选择方法操作流程如图1所示。

图1 基于小波系数概率分布的操作流程

由图1可知，需要对各层的小波系数进行分解，以此为依据进行正态分布检验。当满足需求，则需要进行分解；反之则停止分解。根据小波分解系数流程即可判定电网牵张设备是否服从正态分布，即高斯白噪声。

在上述分析基础上，主要利用分解层数选择方法最终的分解数量，有效保留电网牵张设备中的有效信息。由于高阶的dk中含有少量有效信息，所以存在的数据并不全部都是误差，进而获取的分解系数也不会超过设定的最大分解层数K。其中，正态分布的检验可以通过Kolmogorov-Smirnov实现，具体的计算式为：

(3)

(4)

C(k)和C(d)为相关程度；xe(k)和d(k)为电网牵张设备的主要特征。

在上述分析的基础上，采用离群值确定不同小波的阈值，经过计算获取对应的阈值。分别对各小波系数进行预处理，最后进行信号重构[9-10]，进而获取电网牵张设备消噪后的数据曲线。

2 基于智能控制的电网牵张设备远程控制系统

电网管理是对电网牵张设备的运行状态进行监测和控制等相关操作，经过一系列操作，电网相关工作人员可以更加高效地对电网牵张设备进行运行状态检测[11-12]，同时还能够快速完成电网参数配置。

电网牵张设备远程控制系统的主要目的是满足电网管理人员的需求，同时配备专业的网络设备，对特定设备的网络运行状态进行检测，及时判定电网牵张设备是否发生故障，进而制定对应的解决方案。

当系统内的管理员需要查看电网牵张设备的运行状态或者对配置进行修正，电网管理员主要利用客户端浏览器登陆到控制中心的Web服务器上。用户通过认证后，可以采用网页点击的形式调用Web服务器的设备管理模块，同时借助设备控制服务器实现远程设备的配置和查询工作。

远程网络中的设备控制服务器也可以在设定时间内将采集到的电网牵张设备信息传输到控制中心，由控制中心将上报的数据放置到数据库中。

全部电网牵张设备在部署过程中，全部由1台控制器统一完成。由于系统是由多个不同的服务器和电网牵张设备共同组成，证明被控制的电网牵张设备和各服务器之间存在连接。在系统进行设计的过程中，需要结合智能控制技术展开相关模块的设计[13-14]。分析以上操作流程可知，控制中心服务器的主要组成结构如图2所示。

图2 控制中心服务器的组成结构

2.1 用户管理模块

a.用户的添加、修改以及删除。控制中心服务器可支持多个管理员同步操作，系统需要优先将全部管理的姓名以及联系方式等相关信息存储到系统的数据块。系统内的超级管理员主要负责用户的添加、删除以及修改等相关工作，而一般管理员只负责对自身的联系方式和身份信息进行修改。

在使用过程中，用户的个人信息可能会发生改变，如用户的状态以及到期时间等，所以需要及时将全部变化保存到数据库内，方便下次用户查询即可获取最新的信息。

对系统中不再使用或者不允许登录的用户账号，需要将其在系统内删除，同时保留更大的存储空间，有效减少系统的开销。

当经过检验，用户身份合法之后，才能够对对应管辖范围内的电网牵张设备进行管理。

b.用户权限管理。为了通过一般管理员对电网牵张设备进行有效控制，在系统内部还设定了超级网络管理员，主要负责一般管理员的权限分配工作。其主要负责对系统内的全部用户进行分类处理，全面降低使用权限复杂度，确保系统内的用户可以得到统一有效的管理。

c.会话监控。为了有效避免系统内的一般管理员在登陆系统后进行一些非法和恶意操作，需要对网络管理员登陆系统后的全部操作进行记录。

2.2 系统配置模块

主要负责为超级管理员提供配置控制中心服务器的关键信息接口。

2.3 电网牵张设备管理模块

a.串口管理。当网络管理员成功登录系统的控制中心服务器后，需要及时检测被控制电网牵张设备和其他设备之间的通信链路是否存在异常。当串口处于可控状态下时，系统可以借助串口对不同的设备窗口进行有效控制。

b.电网牵张设备信息维护。系统中的电网牵张设备是由多个不同的部分组成，当系统管理员成功登陆系统后，需要优先对设备的运行状态进行查询，同时将其进行记录，保存到对应的服务器中[15]。

为实现对全部电网牵张设备的管理和远程控制，需要提供相关的设备信息。在系统内，全部的信息无法实现自动添加或者更新，需要借助管理组的用户将电网牵张设备的IP地址以及端口等相关信息存储到数据库，同时还可以实时更新或者添加相关的设备信息。

系统内全部的可控设备信息需要在设备信息列表中显示，同时表格的右边包含2个按钮，分别为修改按钮和删除按钮，点击不同的按钮即可进行不同的操作。

c.历史记录管理。控制中心服务器对电网牵张设备中的历史信息进行保存以及统计分析，为后续历史数据查询提供理论依据。

后台数据管理模块的设计主要为了存储大量的用户信息和相关的权限信息，同时还能够实时查询电网牵张设备的实时运行状态和历史数据。

在上述分析的基础上，结合智能控制技术获取电网牵张设备的远程控制操作流程，如图3所示。

图3 电网牵张设备远程控制系统操作流程

3 实验分析

为了验证本文系统的综合有效性，进行实验测试。

3.1 电网牵张设备数据预处理能力测试

为了验证本文系统的预处理能力，优先对系统的去噪性能进行测试，选取信噪比作为测试指标。其中，信噪比的取值越高，说明数据去噪结果越理想。具体的实验结果如表1所示。

表1 电网牵张设备数据预处理能力测试结果

分析表1中的实验数据可知，当电网牵张设备中的数据进行去噪后，信噪比取值得到明显提升，充分证明本文系统能够有效清除数据的噪声，具有较好的数据预处理能力。

3.2 系统响应时间测试结果分析

为了进一步验证本文系统的优越性，实验测试对比系统的响应时间变化情况，具体实验结果如表2 所示。

表2 不同远程控制系统的响应时间测试结果对比

表2(续)

由表2中的实验数据可知，相比其他2种远程控制系统，本文系统的响应时间明显更低一些。主要是因为本文系统对电网牵张设备中的全部数据进行了噪声剔除，有效简化了人工对数据进行预处理的繁琐步骤，进而有效减少系统的响应时间。

3.3 电网牵张设备远程控制性能测试

为了验证电网牵张设备远程控制系统的控制性能，实验分别分析使用系统控制前后的电压变化情况，实验结果如图4 所示。

图4 本文系统控制性能测试结果分析

分析图4中的实验数据可知，在使用本文系统前，电压的波动频率比较大。但是采用本文系统后，系统的电压呈稳定变化趋势。由此可见，本文系统可以为电网牵张设备提供比较稳定的电压。

在负载突变情况下，进一步分析本文系统的控制性能，实验结果如图5所示。

图5 负载突变本文系统控制性能测试

分析图5中实验数据可知，当负载发生突变，本文系统能够以最快的速度将电压控制在稳定状态，说明本文系统具有较快的调整速度。

4 结束语

针对传统控制系统存在的一系列问题，设计一种基于智能控制的电网牵张设备远程控制系统。经实验测试表明，该系统具有较好的数据预处理能力，同时还能够有效降低系统响应时间，获取满意的远程控制结果。